Los semiconductores tradicionales como Si, GaAs y HgCdTe parecen incapaces de satisfacer la tendencia de desarrollo de dispositivos electrónicos que presentan un volumen ultrapequeño, peso ligero y bajo consumo de energía. Estas limitaciones de los semiconductores tradicionales se deben principalmente a condiciones de crecimiento complejas y entornos de trabajo de baja temperatura.
En los últimos años, nuevos materiales bidimensionales (2D) han brindado oportunidades decentes para desarrollar fotodetectores de banda ancha, ultrasensibles, de alta velocidad y a temperatura ambiente debido a sus estructuras únicas y excelentes características físicas. Sin embargo, el espesor atómico de los materiales 2D ha provocado inevitablemente el problema de la baja absorción de luz.
Una solución prometedora es la combinación de nanomateriales plasmónicos con materiales 2D para mejorar la interacción luz-materia, que ya se ha convertido en un foco de investigación. La excitación de plasmones superficiales en metales nobles permite campos electromagnéticos amplificados localmente que pueden mejorar la absorción de luz en semiconductores cercanos en órdenes de magnitud. Además, la descomposición de los plasmones superficiales genera efectivamente portadores calientes con alta energía.
Los portadores calientes inyectados en materiales 2D no solo aumentan la fotocorriente recogida por los electrodos, sino que también expanden las longitudes de onda detectables más allá de la banda prohibida del semiconductor.
Para comprender estas estructuras y mecanismos híbridos, es necesaria una descripción general sistemática para extraer y resumir las estrategias de diseño de fotodetectores de materiales 2D mejorados con plasmones, que pueden proporcionar una guía integral para aclarar las ventajas y desventajas de cada estrategia y, por lo tanto, optimizar la tecnología asistida por plasmones. fotodetección en futuros trabajos.
Un grupo de investigación de la Universidad del Sureste proporcionó una descripción detallada de los fotodetectores de materiales 2D mejorados con plasmones, centrándose principalmente en la aclaración de diferentes modos de hibridación entre nanoestructuras plasmónicas y materiales 2D. Los mecanismos de fotodetección mejorada por plasmones se introdujeron en la primera sección.
Luego, discutieron diferentes modos de acoplamiento relacionados con la estructura de los sistemas híbridos, que se clasifican aproximadamente en modo guiado por LSPR, modo guiado por SPP y otros modos fotónicos híbridos, respectivamente. Finalmente, describieron brevemente los problemas que quedaban por abordar y las posibles direcciones en futuros trabajos de investigación.
En esta revisión, se resumen las estrategias de diseño actuales que se adoptan para la actualización de la mejora plasmónica en fotodetectores de materiales 2D. Las nanoestructuras plasmónicas se emplean ampliamente en función de los efectos plasmónicos inducidos por LSPR, ya sea en forma de nanoestructuras plasmónicas de una sola capa que funcionan en diferentes modos (como contacto directo, modo separado o integrado) o resonadores plasmónicos acoplados a cavidades que soportan plasmónicos en modo gap. resonancia.
Se analizan los factores clave que pueden influir en la interacción luz-materia y las características de transporte del portador en los fotodetectores híbridos, incluidos materiales, formas, disposiciones y ubicaciones de nanoestructuras plasmónicas.
Además, las estructuras plasmónicas estampadas, como rayas, nanoespacios y rejillas, soportan la propagación de ondas SPP que están confinadas en el campo cercano de la superficie del metal, lo que facilita el acoplamiento de energía mejorado entre el metal y los materiales 2D dentro de una larga distancia de propagación.
Cuando se emplean electrodos metálicos basados en SPP, la energía luminosa alejada del canal de material 2D se puede recolectar y absorber de manera efectiva. Además, también se introduce la sinergia de otras estructuras/materiales fotónicos funcionales y fotodetectores de materiales 2D mejorados con plasmones, lo que da como resultado un rendimiento mejorado y funcionalidades novedosas.
Los fotodetectores de materiales 2D asistidos por plasmones mejorados mediante las estrategias anteriores tienen un gran potencial para impulsar avances notables en amplios campos de aplicación.
Se proponen varias direcciones de investigación potenciales que pueden ser beneficiosas para el desarrollo futuro de fotodetectores de materiales 2D mejorados con plasmones.
En primer lugar, todavía quedan muchos aspectos que vale la pena explorar sobre las estructuras plasmónicas. A pesar de que los investigadores ya han estudiado la influencia de los parámetros estructurales (morfología, distribución de densidad, etc.) en el rendimiento de los fotodetectores de materiales 2D, los factores internos como la calidad del cristal aún no se han explorado completamente.
En segundo lugar, las estrategias anteriores han informado sobre varios mecanismos de trabajo diferentes dominados por los materiales plasmónicos integrados, mientras que los modelos físicos coincidentes y las condiciones aplicables para estos efectos plasmónicos no se han aclarado completamente, lo cual es necesario para expandir estos fascinantes conceptos desde la investigación de laboratorio hasta los dispositivos comerciales.
En tercer lugar, la ingeniería de interfaz entre el metal y el material 2D no se ha explorado completamente en estructuras híbridas de material plasmónico/2D.
El trabajo está publicado en la revista Advanced Devices &Instrumentation. .
Más información: Ke-Han Li et al, Estrategias de diseño hacia fotodetectores de materiales bidimensionales mejorados con plasmones, Dispositivos e instrumentación avanzados (2023). DOI:10.34133/adi.0017
Proporcionado por instrumentos y dispositivos avanzados
